Основы конструирования оборудования МНТ Львов 2012x

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета «Высшая школа экономики»
Факультет Электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины «Основы конструирования оборудования МНТ»
для направления 210100 «Электроника и наноэлектроника»
по магистерской программе «Микро – и наноинженерия в электронике»
Автор программы:
Львов Б.Г., д.т.н., профессор, [email protected]
Одобрена на заседании кафедры "Электроника и наноэлектроника" «___»____________ 2012г.
Зав. кафедрой ______________К.О. Петросянц
Рекомендована секцией УМС «Электроника»
Председатель __________________________
«___»____________ 20 г.
Утверждена УС факультета Электроники и телекоммуникаций
Ученый секретарь________________________
«___»_____________20 г.
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета
и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины.
Целью преподавания дисциплины «Основы проектирования оборудования микро – и
нанотехнологий» является обучение теоретическим и практическим знаниям, необходимым
обучаемому для разработки конкурентоспособного технологического, диагностического,
контрольно-измерительного и аналитического оборудования и его элементной базы (ЭБ).
Задачи дисциплины состоят в:

изучение принципов и содержания стадий проектирования и конструирования
оборудования микро – и нанотехнологий (ОМНТ);

изучение методов проектирования оборудования МНТ и его элементной базы
(ЭБ);

приобретение практических умений разработки оборудования МНТ, схем и
устройств различного функционального назначения с учетом заданных требований

приобретение практических умений разработки проектно-конструкторской
документации в соответствии с методическими и нормативными требованиями.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина "Основы проектирования оборудования микро – и нанотехнологий"
относится к дисциплинам вариативной части профессионального цикла (М.2).
Дисциплина требует наличия у студента знаний, умений и компетенций, полученных в
ходе изучения дисциплин профессионального цикла направления подготовки бакалавров
210100 – Электроника и наноэлектроника (профиль подготовки – Электронное
машиностроение) и дисциплин «Проектирование и технология электронной компонентной
базы», «Физические основы проектирования оборудования МНТ», «Компьютерное
моделирование процессов и оборудования МНТ» и «Системы автоматизированного управления
процессами и оборудованием МНТ». Для изучения дисциплины студент должен обладать
следующими компетенциями:

способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к
изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной
деятельности (ОК-2);

готовностью к активному общению с коллегами в научной, производственной и
социально-общественной сферах деятельности (ОК-6);

способностью использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных
дисциплин ООП магистратуры (ПК-1);

способностью понимать основные проблемы в своей предметной области,
выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

способностью самостоятельно приобретать и использовать в практической
деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не
связанных со сферой деятельности (ПК-4);

готовностью оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной
работы (ПК-6).
Дисциплина "Основы проектирования оборудования микро – и нанотехнологий"
имеет междисциплинарные связи с дисциплиной «САПР технологий и оборудования» и
является предшествующей для ее изучения.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

способностью анализировать состояние научно-технической проблемы путем
подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников (ПК-7);

готовностью определять цели, осуществлять постановку задач проектирования
электронных приборов, схем и устройств различного функционального назначения,
подготавливать технические задания на выполнение проектных работ (ПК-8);

способностью проектировать устройства, приборы и системы электронной
техники с учетом заданных требований (ПК-9);

способностью разрабатывать проектно-конструкторскую документацию в
соответствии с методическими и нормативными требованиями (ПК-10);

готовностью осуществлять авторское сопровождение разрабатываемых устройств,
приборов и системы электронной техники на этапах проектирования и производства (ПК-15);

способностью
делать
научно-обоснованные
выводы
по
результатам
теоретических
и
экспериментальных
исследований,
давать
рекомендации
по
совершенствованию устройств и систем, готовить научные публикации и заявки на изобретения
(ПК-20);

готовностью
участвовать
в
проведении
технико-экономического
и
функционально-стоимостного анализа рыночной эффективности создаваемого продукта (ПК23).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: общие принципы и содержание основных стадий проектирования и
конструирования, основные положения ГОСТов Единой системы конструкторской
документации (ЕСКД), системное описание ОМНТ, его ЭБ и деталей, основные требования,
предъявляемые к ОМНТ и ЭБ, системное описание процессов проектирования и
конструирования на стадиях разработки, методы формирования расчетных зависимостей и
расчета параметров, многокритериального выбора, выявления и разрешения противоречий,
синтеза и анализа структурных схем ОМНТ и его ЭБ, выбора и назначения конструкторскотехнологических параметров деталей, средства и методы автоматизированного проектирования.
Уметь: составлять техническое задание на разработку ОИЭТ, формулировать основные
технико-экономические требования к ОМНТ и его ЭБ, формировать расчетные зависимости и
модели функционирования, осуществлять проектировочные и поверочные расчеты параметров
ОМНТ и его ЭБ, проводить оценку технического уровня ОМНТ и его ЭБ, осуществлять
объективный многокритериальный выбор элементной базы ОМНТ, разрабатывать
конкурентоспособные технические решения ОМНТ и его ЭБ на базе методов выявления и
разрешения противоречий, синтеза и анализа структурных схем, обеспечивать технологичность
и экономичность разрабатываемых устройств, разрабатывать проектно-конструкторскую
документацию в соответствии с техническим заданием и нормативными требованиями, давать
рекомендации по совершенствованию ОМНТ и его ЭБ, работать с ГОСТами ЕСКД и
справочно-нормативной документацией.
Владеть: способностью анализа проблемной ситуации путем изучения и анализа
литературных и патентных источников, определения целей проектирования и осуществления
постановки задач проектирования ОМНТ и его ЭБ; методами расчета параметров, методами
разработки ОМНТ и его ЭБ с использованием методов выявления и разрешения противоречий
при проектировании, синтеза и анализа структурных схем, в том числе с использованием
программных средств; методами анализа и выбора элементной базы ОМНТ, оценки ее
технического уровня; методиками разработки рабочей конструкторской документации,
способностью осуществления авторское сопровождение разрабатываемых устройств ОМНТ на
этапах проектирования и производства.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Всего
часов /
зачетных
единиц
216 / 6
Семестры
2
3
108 / 3
108 / 3
Аудиторные занятия (всего)
90 / 2,5
54 / 1,5
36 / 1
36 / 1
18 / 0,5
18 / 0,5
54 / 1,5
36 / 1
18 / 0,5
Семинары (С)
-
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
-
-
-
126 / 3,5
54 / 1,5
72 / 2
54 / 1,5
54 / 1,5
-
Расчетно-графические работы
-
-
-
Реферат
-
-
-
Другие виды самостоятельной работы
72 / 2
-
72 / 2
Промежуточная аттестация (экзамен)
36 / 1
-
36 / 1
Промежуточная аттестация (зачет)
36 / 1
36 / 1
-
216
108
108
6
3
3
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Общая трудоемкость
часы
зачетные единицы
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п Наименование
раздела
дисциплины
1.
Общие принципы и
2.
Содержание раздела
Классификация оборудования МНТ. Классификация
корпускулярно-волновых инструментов в оборудовании.
стадии
Элементная база оборудования.
проектирования
Общие принципы проектирования оборудования:
оборудования ИЭТ.
эффективность, развитие, преемственность, всеохватность,
иерархичность, соответствие, модульность, стандартизация
и унификация, итеративность.
Основные стадии проектирования и их содержание:
техническое задание; техническое предложение; эскизный
проект; технический проект; рабочий проект. Единая
система конструкторской документации (ЕСКД).
Автоматизация
проектирования:
системы
автоматизированного
проектирования,
компьютерное
моделирование, параметрическая оптимизация.
Оборудование МНТ как сложная иерархическая
Системное
система.
Системная модель ОМНТ как объекта
представление
оборудования ИЭТ проектирования: функция, структуры, свойства. Окружение
как
объекта оборудования МНТ. Входные и выходные действия:
классификация. Модели фунционирования.
проектирования
Свойства и признаки. Классификация. Требования к
3.
Методологические
основы
проектирования на
начальных стадиях
разработки
оборудования ИЭТ
4.
Методологические
основы
конструирования
на стадии рабочего
проекта
оборудования ИЭТ
оборудованию МНТ. Показатели технического уровня
оборудования:
показатели
назначения,
надежности,
экономичности,
эргономичности,
технологичности,
экологичности, стандартизации и унификации; патентноправовые и показатели безопасности.
Стратегии проектирования ОИЭТ: выбор аналогов;
оптимизация
параметров;
модернизация
известных
конструкций; беспрототипная разработка.
Системная модель проектирования ОМНТ. Основные
понятия. Проблемная ситуация: системная модель. Цель
проектирования. Структуры процесса проектирования.
Действия разработчика. Ресурсы проектирования.
Системная модель формирования дерева целей. Связи
целей проектирования со структурами технических решений
и конструкторскими действиями.
Методические основы формирования расчетных
зависимостей проектирования элементной базы ОМНТ.
Математические модели процессов при функционировании.
Проектировочные и поверочные расчеты.
Методические основы выбора элементной базы
ОМНТ. Системная модель многокритериального выбора.
Классификация задач выбора. Общая схема выбора.
Основные процедуры многокритериального выбора: выбор
допустимых вариантов, выбор по Парето, выбор по
обобщенному критерию. Методы многокритериального
выбора в условиях неопределенности.
Методические основы выявления и разрешения
противоречий при проектировании ОМНТ. Техническое
противоречие. Узловой параметр. Основные способы
разрешения противоречий. Системные модели выявления и
разрешения противоречий. Связи видов узловых объектов и
требований, предъявляемых к ним, способами разрешения
технических противоречий.
Методические основы синтеза структурных схем
ОМНТ. Понятие о синтезе. Общая постановка задачи
синтеза структур ОМНТ. Обобщенная схема решения
задачи синтеза. Основные подходы к решению задач
структурного синтеза.
Проектирование
и
конструирование
как
преобразование структур. Связи целей, функций и структур.
Соответствие между эвристическими приемами и
действиями разработчика над структурой. Синтез
физических принципов действия (ФПД) оборудования и его
элементной
базы.
Синтез
вариантных
структур
оборудования и его элементной базы.
Работы, проводимые при разработке рабочего
проекта.
Основные
задачи
разработки
рабочей
конструкторской документации. Детали оборудования МНТ
как иерархические системы.
Системная
модель
детали
как
объекта
конструирования: функция, структуры, свойства. Окружение
оборудования МНТ. Входные и выходные действия:
классификация. Модели функционирования детали и
сопутствующих процессов.
Элементарные свойства деталей: форма, материал,
размер, точность. Связи элементарных параметров детали с
параметрами воздействий и окружения. Критерии
работоспособности деталей. Проектировочные и поверочные
расчеты деталей.
Системная модель назначения конструкторскотехнологических параметров деталей ОМНТ: определение
отношений частичного порядка между деталями, их
конструктивными
элементами
при
назначении;
формирование исходных данных; выделение состава
параметров деталей и параметров окружения; определение
связей между параметрами;
выделение существенных
параметров; назначение параметров.
Методические основы выбора и назначения
конструкторско- технологических параметров деталей
ОМНТ: материала, размеров, параметров точности и
шероховатости.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1.
Наименование обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения
обеспечиваемых дисциплин
1
2
3
4
5

САПР технологий и оборудования

6

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
п/п
1.
2.
3.
4.
Общие принципы и стадии
проектирования оборудования ИЭТ.
Системное
представление
оборудования ИЭТ как объекта
проектирования
Методологические основы
проектирования на начальных
стадиях разработки оборудования
ИЭТ
Методологические основы
конструирования на стадии рабочего
проекта оборудования ИЭТ
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
Семин
.
СРС
Всего
4
6
-
-
6
16
4
6
-
-
10
20
18
30
-
-
48
98
10
12
-
-
26
46
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
7. Примерная тематика курсовых работ:

разработка технических решений оборудования ИЭТ и его элементной базы на
основе синтез аспектов структурных схем;

разработка технических решений элементной базы ИЭТ методами выявление и
разрешение противоречий;

многокритериальный выбор элементной базы ИЭТ;

оценка эффективности технических решений и его элементной базы в составе
единой технологии.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
1.
Берлин Е., Двинин С. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и
травления тонких пленок М.: Техносфера, 2007.
2.
Вакуумная техника. Справочник. Под ред. Демихова К.Е. - М.: Машиностроение,
2009.
3.
Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х
кн.Кн.1.-М.: Машиностроение,1988.-560с.
4.
Дж. К. Джонс Методы проектирования. Пер. с англ. – М.: «Мир», 1986. – 328с.
б) дополнительная литература
1.
Розанов Л. Н. Вакуумная техника. Учебник. - М.: Высшая школа., 2007.
2.
Производство тонкопленочных структур в электронном машиностроении.
Учебник в 2-х томах. / Александрова А.Т., Василенко Н.В, Ивашов Е.Н., Ковалев Л.К., Львов
Б.Г., Суворинов А.В., Степанчиков С.В., Тихонов А.Н. М. Машиностроение.- 2006.
3.
Половинкин А. И., Основы инженерного творчества: Учеб. пособие. – С-Пб.:
Лань, 2007. – 368 с.
4.
Микони С. В. Многокритериальный выбор на конечном множестве альтернатив. СПб.: Лань, 2009.
5.
Пипко А.И., Пипко Ю.А., Плисковский В.Я. Вакуумно-термическое оборудование
в производстве изделий электронной техники М.: Машиностроение, 1986.
6.
Некрасов М. И., Львов Б. Г. Детали оборудования электронной техники: Учебное
пособие. М.: МИЭМ, 1991.- 135 с.
7.
Шпур Г., Краузе Ф.-Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении:
Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1988.
в) программное обеспечение
AutoCAD, АПМ WinMachine – Комплекс компьютерных программ расчета и
проектирования.
Интернет-браузер Internet Explorer или Mozilla Firefox для проведения практических
занятий по методам проектирования.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Не используются.
д) рекомендуемая литература для самостоятельной работы
1.
Анурьев К.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М., Машиностроение,
1992 г.
2.
Александрова А.Т. Теоретические основы расчета и конструирования
функциональных устройств и систем оборудования высоких вакуумных технологий на основе
приводов управляемой упругой деформации М.: МИЭМ, 2003.
3.
Москвина И.П.. Расчет и конструирование оборудования, электроэрозионное
оборудование. Учебное пособие. М. МИЭМ. 1989 г.
4.
Смирнов А.Г. Расчет и конструирование электротермических устройств
технологического оборудования. Учебное пособие. - М.: МИЭМ, 1992 г. - 168 с.
5.
Глазунов В.Н. Поиск принципов действия технических систем. М.: "Речной
транспорт", 1990. - 111 с.
6.
Львов Б.Г. Основы теории технических систем. Учебное пособие. – М.: МИЭМ,
1991. – 135 с
7.
Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. Пер. с англ. -М.: Радио и
связь, 1993.-278 с.
е) учебно-методические материалы
1.
Москвина И.П. Разработка кинематических схем. Учебное пособие. М. МИЭМ.
1991 г.
2.
Львов Б.Г., Ветров В.А. Многокритериальный выбор технических объектов по
интегральному критерию: Методические указания к самостоятельной работе. – М.: МИЭМ,
2009. – 19 с.
3.
Львов Б.Г., Кожевников А.И., Филипчук Т.С. Формирование целей
проектирования технических объектов: Методические указания. – М.: МГИЭМ. – 11 с.
4.
Анализ технических объектов методами структурного моделирования:
Методические указания к самостоятельной работе для выполнения курсовой работы по
дисциплине "Системный анализ" / Моск. гос. ин-т электроники и математики; Сост.: Б.Г. Львов,
В.А. Ветров. – М.: 2010. – 20 с.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Компьютерный класс на 24 места, оснащенный 12 персональными компьютерами на базе
процессоров Intel Pentium 4.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
В интерактивных формах проводятся 45 часов практических занятий. Оценочными
средствами текущего контроля успеваемости 1 домашняя и курсовая работы, выполняемые
студентами самостоятельно, и проводимые на практических занятиях контрольные работы по
основам пройденного на лекциях теоретического материала с последующим обсуждением,
которое проходит в форме конференции.
Рабочая программа составлена в соответствии с Федеральным государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению
подготовки магистра 210100 - Электроника и наноэлектроника.
Программу составил: Львов Б.Г., профессор, д.т.н.